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CN113060214A - 具有充电和放电功能的车身构件 - Google Patents

具有充电和放电功能的车身构件 Download PDF

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CN113060214A
CN113060214A CN202010940907.1A CN202010940907A CN113060214A CN 113060214 A CN113060214 A CN 113060214A CN 202010940907 A CN202010940907 A CN 202010940907A CN 113060214 A CN113060214 A CN 113060214A
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CN
China
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vehicle body
body member
negative electrode
battery
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CN202010940907.1A
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宋元基
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Hyundai Motor Co
Kia Corp
Original Assignee
Hyundai Motor Co
Kia Motors Corp
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Publication date
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Abstract

一种车身构件，包括：第一电池部分，包括第一负极部分和设置为与第一负极部分的一表面接触的第一正极部分；第二电池部分，包括第二负极部分和设置为与第二负极部分的一表面接触的第二正极部分；绝缘层，设置在第一电池部分和第二电池部分之间；串联连接器，将第一电池部分的第一负极部分与第二电池部分的第二正极部分串联地连接；正极集电器，连接到第一电池部分的第一正极部分；以及负极集电器，连接到第二电池部分的第二负极部分。

Description

具有充电和放电功能的车身构件
技术领域
本发明总体上涉及具有充电和放电功能的车身构件。
背景技术
在相关技术中，车辆的车身结构和各种部件已经由钢制成。近来，复合材料(例如纤维加强树脂复合材料)被用来代替钢材料，以由于重量降低而改善燃料效率。
通常，纤维加强树脂复合材料具有这样的基本结构，该基本结构包括：加强材料，处理或支撑施加到复合材料的载荷；以及基材，用于将施加到复合材料上的载荷传递到加强材料，同时与加强材料组合以限定复合材料的整体形状。在这种情况下，加强材料通常是纤维加强材料(诸如碳纤维、玻璃纤维或聚芳酰胺纤维)，而基材通常是树脂型基材(诸如热固性树脂或热塑性树脂)。热固性树脂可以是酚醛树脂、环氧树脂等。热塑性树脂可以是聚氯乙烯(PVC)、聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)等。
此外，在车辆的部件中，大量部件是通过电池组提供的电力而操作的电磁部件(或电磁装置)。近来，由于电磁部件的数量增加，一直在进行用于增加车辆的电池组容量的解决方案的研究。
考虑到可以将用作纤维加强树脂复合材料的加强材料的碳纤维用作二次电池的负极而做出本发明的实施例。因此，本发明的实施例提出了一种车身构件，该车身构件能够使用用于降低车辆的重量并增加车辆的强度的加强材料来实现充电和放电功能。
前述内容仅旨在帮助理解本发明的背景，并且不旨在意指本发明落入本领域技术人员已知的相关技术的范围内。
发明内容
本发明总体上涉及一种具有充电和放电功能的车身构件。具体实施例涉及一种车身构件，该车身构件能够使用已经用于减轻重量和加强的碳纤维来实现充电和放电功能。
因此，在记住现有技术中出现的问题的情况下已经做出本发明的实施例。本发明的实施例提供了一种具有充电和放电功能的车身构件，其中已经在车顶的车顶面板和车顶横梁的每者中用作加强构件的碳纤维用作负极。
根据本发明的一个实施例，提供了一种具有充电和放电功能的车身构件。车身构件可包括：第一电池部分，包括由碳纤维制成的第一负极部分和设置为与第一负极部分的一个表面接触的第一正极部分，第一正极部分包括阴极活性材料和固体电解质；第二电池部分，包括由碳纤维制成的第二负极部分和设置为与第二负极部分的另一表面接触的第二正极部分，第二正极部分包括阴极活性材料和固体电解质；绝缘层，设置在第一电池部分的一个表面和第二电池部分的另一表面之间，以使第一电池部分和第二电池部分绝缘；串联连接器，将第一电池部分的第一负极部分与第二电池部分的第二正极部分串联地连接；正极集电器，连接到第一电池部分的第一正极部分；以及负极集电器，连接到第二电池部分的第二负极部分。
第一负极部分和第二负极部分的每者可以是多个加强纤维片材的堆叠件，其碳纤维沿不同方向布置。
第一正极部分可包括：第一正极层，与第一负极部分的一个表面相对地设置，其中阴极活性材料分布在第一正极层中；以及第一固体电解质层，设置在第一负极部分和第一正极层之间，以分别与第一负极部分和第一正极层接触。第二正极部分可包括：第二正极层，与第二负极部分的一个表面相对地设置，其中阴极活性材料分布在第二正极层中；以及第二固体电解质层，设置在第二负极部分和第二正极层之间，以分别与第二负极部分和第二正极层接触。第一正极层和第二正极层可通过绝缘层彼此绝缘。第二正极层和第一负极部分可经由串联连接器串联地连接。
所述车身构件可以是多个车身构件。分别连接到车身构件的第一正极层中的相应一个第一正极层的正极集电器可与分别连接到另一车身构件的第二负极部分中的相应一个第二负极部分的负极集电器串联地连接，使得正极集电器彼此串联地连接。设置在串联连接的车身构件的一端的车身构件的正极集电器以及设置在串联连接的车身构件的另一端的车身构件的负极集电器可经由开关选择性地连接到车辆的交流发电机或电磁装置。可在正极集电器和负极集电器电连接到车辆的交流发电机时，经由车身构件执行充电操作。在正极集电器和负极集电器电连接到车辆的电磁装置时，电力通过经由可连接到车辆的电磁装置的车身构件执行的放电操作而产生。
多个车身构件中的至少一个车身构件可提供车辆的车顶面板，并且其余车身构件可提供车辆的车顶横梁。
提供车顶面板的车身构件和提供车顶横梁的车身构件可通过绝缘构件绝缘。
第一电池部分、第二电池部分、绝缘层和串联连接器可由树脂模制。
第一电池部分的第一负极部分包括一个或多个耦接螺栓，第一电池部分的第一正极部分、第二电池部分的第二负极部分和第二正极部分、绝缘层和串联连接器具有一个或多个通孔，耦接螺栓延伸穿过该一个或多个通孔，并且耦接螺母可被紧固到装配到通孔中的耦接螺栓的端部。
根据本发明的实施例，已经用作车顶的车顶面板和车顶横梁中的每者的加强构件的碳纤维可用作二次电池的负极，并且用作固体电解质和正极的装置可设置在车顶面板和车顶横梁的内部。因此，车顶可有利地用作具有充电和放电功能的二次电池。
此外，车顶面板和车顶横梁每者可被制造为具有充电和放电功能的二次电池。车顶面板和车顶横梁可串联连接，以增加二次电池的输出。
附图说明
结合附图，从下面的详细描述中将更清楚地理解本发明的实施例的上述和其它目的、特征和其它优点，其中：
图1是示出了其中使用根据本发明的一个实施例的具有充电和放电功能的车身构件的车辆的透视图；
图2A和图2B是示出了图1的关键部分的放大图；
图3是示出了根据本发明的一个实施例的具有充电和放电功能的车身构件的截面图；
图4是示出了根据本发明的一个实施例的具有充电和放电功能的车身构件的电路图；以及
图5示出了根据本发明的另一实施例的具有充电和放电功能的车身构件。
具体实施方式
下文将参考附图描述本发明的具体实施例。然而，本发明能以各种不同的形式来实施，并且不应被解释为限于本文所阐述的实施例。相反，提供这些实施例以使得本公开将是彻底且完整的，并使本发明的范围将充分传达给本领域普通技术人员。在附图中，为了清楚起见，形状和尺寸可能被夸大。
图1是示出了其中使用根据本发明的一个实施例的具有充电和放电功能的车身构件的车辆的透视图，图2A和图2B是示出了图1的关键部分的放大图，图3是示出了根据本发明的一个实施例的具有充电和放电功能的车身构件的截面图，图4是示出了根据本发明的一个实施例的具有充电和放电功能的车身构件的电路图，并且图5示出了根据本发明的另一实施例的具有充电和放电功能的车身构件。
此处，图2A是图1中的部分V1的放大图，而图2B是图1中的部分V2的放大图。此外，图3是沿着图1的线A-A截取的截面图。
首先，根据本发明一个实施例的具有充电和放电功能的车身构件可应用于构成车身的各种部件。在下文中，车身的车顶构件(即，车顶面板和车顶横梁)将作为车身构件的示例被描述。
如图所示，提供了根据本发明的一个实施例的具有充电和放电功能的多个车身构件，使得至少一个车身构件构成车身10的车顶面板20，并且其它车身构件构成车顶横梁30。此处，构成车顶面板20和车顶横梁30的每个车身构件用作具有充电和放电功能的二次电池。
在这方面，车身构件20和30每者均包括第一电池部分100、第二电池部分200、绝缘层300、串联连接器400、正极集电器500和负极集电器600。第一电池部分100包括由碳纤维制成的第一负极部分110和设置为与第一负极部分110的一个表面(例如，底表面)接触的第一正极部分120。第一正极部分120的成分包括阴极活性材料和固体电解质。第二电池部分200包括由碳纤维制成的第二负极部分210和设置为与第二负极部分210的一个表面(例如，顶表面)接触的第二正极部分220。第二正极部分220的成分包括阴极活性材料和固体电解质。绝缘层300设置在第一电池部分100和第二电池部分200之间，以使第一电池部分100和第二电池部分200绝缘。串联连接器400将第一电池部分100的第一负极部分110与第二电池部分200的第二正极部分220串联地连接。正极集电器500连接到第一电池部分100的第一正极部分120。负极集电器600连接到第二电池部分200的第二负极部分210。因此，第一电池部分100和第二电池部分200彼此串联地电连接，以增加充电和放电输出。
第一电池部分100是用于构成单个单元电池的装置，并包括第一负极部分110和第一正极部分120。
此处，第一负极部分110是用于在实现车顶面板20和车顶横梁30的形状的同时，加强车顶面板20和车顶横梁30的强度的加强装置。根据本公开，第一负极部分110还用作负极以执行充电和放电功能。在这方面，第一负极部分110由碳基纤维制成，以促进锂离子的氧化和还原。
此处，第一电池部分100可通过堆叠沿不同方向布置的多个加强纤维片材(包括碳纤维)来设置，以能够加强强度。
第一正极部分120可以是用作固态分离器的装置以及用于执行充电和放电功能的正极。第一正极部分120可通过包括在典型的二次电池中用作正极的阴极活性材料来实现。例如，第一正极部分120可包括锂(Li)氧化物。此外，第一正极部分120可使用在典型的二次电池中用作固相电解质(即固体电解质)的材料来实现。
例如，第一正极部分120可包括与第一负极部分110的一个表面相对设置的第一正极层121，其中阴极活性材料分布在第一正极层121中，并且第一正极部分还可包括第一固体电解质层122，该第一固体电解质层设置在第一负极部分110和第一正极层121之间，以分别与第一负极部分110和第一正极层121接触。每个第一固体电解质层122可由固体电解质制成。此处，将第一负极部分110和第一正极层121分开的第一隔离件123可进一步设置在第一固体电解质层122内。
此外，类似于第一电池部分100，第二电池部分200是用于构成单个单元电池的装置，并包括第二负极部分210和第二正极部分220。
此处，第二负极部分210是用于加强车顶面板20和车顶横梁30的强度的加强装置，并且还用作根据本实施例的用于执行充电和放电功能的负极。在这方面，第二负极部分210由碳基纤维制成，以促进锂离子的氧化和还原。
此处，第二电池部分200也可通过堆叠沿不同方向布置的多个加强纤维片材(包括碳纤维)来设置，以能够加强强度。
第二正极部分220可以是用作固态分离器的装置以及用于执行充电和放电功能的正极。第二正极部分220可通过包括在典型的二次电池中用作正极的阴极活性材料来实现。例如，第二正极部分220可包括锂(Li)氧化物。此外，第二正极部分220可使用在典型的二次电池中用作固相电解质(即固体电解质)的材料来实现。
例如，第二正极部分220可包括与第二负极部分210的一个表面相对设置的第二正极层221，其中阴极活性材料分布在第二正极层221中，并且第二正极部分还可包括第二固体电解质层222，该第二固体电解质层设置在第二负极部分210和第二正极层221之间，以分别与第二负极部分210和第二正极层221接触。每个第二固体电解质层222可由固体电解质制成。此处，将第二负极部分210和第二正极层221分开的第二隔离件223可进一步设置在第二固体电解质层222内。
此外，第一正极层121和第二正极层221通过绝缘层彼此绝缘。因此，第一电池部分100和第二电池部分200分别设置在绝缘层的两侧上，从而提供相对于绝缘层对称的布置。
此外，在本实施例中，各自构成单个单元电池的第一电池部分100和第二电池部分200串联地电连接，以增加充电和放电输出。
在这方面，串联连接器400用于将第一电池部分100的第一负极部分110和第二电池部分200的第二正极部分220串联地连接。更具体地，串联连接器400将第二电池部分200的第二正极层221和第一电池部分100的第一负极部分110串联地连接。
此处，串联连接器400由导电材料制成。串联连接器400的一端夹置在绝缘层300和第二电池部分200的第二正极层221之间，如图2B和图3所示，并且串联连接器400延伸以包围第一电池部分100的外表面，同时与第一电池部分的外表面间隔开，使得串联连接器400的另一端连接到第一电池部分100的第一负极部分110。
此外，正极集电器500连接到构成第一电池部分100的第一正极部分120的第一正极层121，并且负极集电器600连接到第二电池部分200的第二负极部分210。
此处，第一电池部分100、第二电池部分200、绝缘层300和串联连接器400可由具有绝缘特性的树脂(未示出)模制，以在限定车身构件20和30的形状的同时与外部绝缘。
构成车身10的车身构件20和30典型地可包括单个车顶面板20和多个车顶横梁30。
因此，如图4所示，在车身构件20和30包括单个车顶面板20和多个车顶横梁30的情况下，与每个车顶横梁30的第一正极层121连接的正极集电器500串联地连接到与其它车身构件30的第二负极部分210连接的负极集电器600，从而串联地连接车顶横梁30。
此外，设置在串联连接的车顶横梁30的一端的车顶横梁30的正极集电器500以及设置在串联连接的车顶横梁30的另一端的车顶横梁30的负极集电器600经由开关3选择性地连接到车辆的交流发电机1或电磁装置2。
此外，连接到车顶面板20的第一正极层121的正极集电器500可并联地连接到设置在以串联连接的车顶横梁30的一端上的车顶横梁30的正极集电器500，而连接到车顶面板20的第一负极部分110的负极集电器600可并联地连接到设置在以串联连接的车顶横梁30的另一端上的车顶横梁30的负极集电器600。尽管以串联连接的多个车顶横梁30和车顶面板20可并联地电连接，但是多个车顶横梁30和车顶面板20可串联地电连接，以进一步增加充电和放电的输出。
此外，在设置在以串联连接的多个车顶横梁30的一端上的车顶横梁30的正极集电器500和设置在以串联连接的多个车顶横梁30的另一端上的车顶横梁30的负极集电器600电连接到车辆的交流发电机1时，经由车顶面板20和车顶横梁30执行充电操作。在设置在以串联连接的多个车顶横梁30的一端上的车顶横梁30的正极集电器500和设置在以串联连接的多个车顶横梁30的另一端上的车顶横梁30的负极集电器600连接到车辆的电磁装置2时，通过经由车顶面板20和车顶横梁30执行的放电操作所产生的电力被供应到车辆的电磁装置2。
此处，电磁装置2是设置在车辆中的可响应于电力供应而操作的部件。例如，电磁装置2可对应于各种室内灯，例如车内灯。
此外，在包括车顶面板20和多个车顶横梁30的车身构件中，考虑到车身10的结构，多个车顶横梁30以相等的距离彼此隔开，并且车顶面板20设置在多个车顶横梁30的顶部上。因此，绝缘构件301可设置在多个车顶横梁30和车顶面板20之间，以提供相互绝缘。
根据本实施例的车身构件20和30中的每者具有其中第一负极部分110、第一正极部分120、绝缘层300、第二正极部分220和第二负极部分210依次堆叠的结构。由于这些层由不同的材料制成，因此这些层的强度和结合力彼此不同。因此，可通过增加这些层之间的结合力而在结构上结合这些层，以便增加车身构件20和30的强度。
图5示出了根据本发明的另一实施例的具有充电和放电功能的车身构件。
如图5所示，第一电池部分100的第一负极部分110包括一个或多个耦接螺栓111。
耦接螺栓111可以通过在制造第一负极部分110时执行包覆成型而与第一负极部分110一体地设置，或可在已经通过注塑成型被制成为独立工件之后被装配到第一负极部分110。图5示出了通过在第一负极部分110的制造期间执行包覆成型而与第一负极部分110一体地设置的耦接螺栓111。
此外，耦接螺栓111延伸穿过的一个或多个通孔(未示出)设置在第一电池部分100的第一正极部分120(即，除了第一负极部分110之外的其余部件)、第二电池部分200的第二负极部分210和第二正极部分220、绝缘层300和串联连接器400中。
因此，当设置第一电池部分100和第二电池部分200时，设置在第一负极部分110中的耦接螺栓111可在通过单独的耦接螺母211紧固之前延伸穿过其余的部件，从而增加了第一电池部分100和第二电池部分200之间的层间结合力。
尽管已经出于说明性目的描述了本发明的示例性实施例，但是本领域技术人员将理解，在不脱离如所附权利要求中公开的本发明的范围和精神的情况下，可进行各种修改、添加和替换。

Claims (10)

1.一种具有充电和放电功能的车身构件，所述车身构件包括：
第一电池部分，包括由碳纤维制成的第一负极部分和设置为与所述第一负极部分的一表面接触的第一正极部分，所述第一正极部分包括第一阴极活性材料和第一固体电解质；
第二电池部分，包括由碳纤维制成的第二负极部分和设置为与所述第二负极部分的一表面接触的第二正极部分，所述第二正极部分包括第二阴极活性材料和第二固体电解质；
绝缘层，设置在所述第一电池部分的一表面和所述第二电池部分的一表面之间，并且所述绝缘层构造成使所述第一电池部分和所述第二电池部分绝缘；
串联连接器，将所述第一电池部分的所述第一负极部分与所述第二电池部分的所述第二正极部分串联地连接；
正极集电器，连接到所述第一电池部分的所述第一正极部分；以及
负极集电器，连接到所述第二电池部分的所述第二负极部分。
2.根据权利要求1所述的车身构件，其中，所述第一负极部分和所述第二负极部分每者包括具有以不同方向布置的碳纤维的多个加强纤维片材的堆叠件。
3.根据权利要求1所述的车身构件，其中：
所述第一正极部分包括：第一正极层，其中所述第一阴极活性材料分布在所述第一正极层中；以及第一固体电解质层，设置在所述第一负极部分和所述第一正极层之间，所述第一固体电解质层中的一个与所述第一负极部分接触，并且所述第一固体电解质层中的另一个与所述第一正极层接触；
所述第二正极部分包括：第二正极层，其中所述第二阴极活性材料分布在所述第二正极层中；以及第二固体电解质层，设置在所述第二负极部分和所述第二正极层之间，所述第二固体电解质层中的一个与所述第二负极部分接触，并且所述第二固体电解质层中的另一个与所述第二正极层接触；
所述第一正极层和所述第二正极层通过所述绝缘层彼此绝缘；并且
所述第二正极层和所述第一负极部分经由所述串联连接器串联地连接。
4.根据权利要求3所述的车身构件，进一步包括：
第一隔离件，设置在两个所述第一固体电解质层之间；以及
第二隔离件，设置在两个所述第二固体电解质层之间。
5.根据权利要求1所述的车身构件，其中，所述车身构件包括多个车身构件，并且其中：
分别连接到所述车身构件的第一正极层中的相应一个第一正极层的所述正极集电器与分别连接到相邻的车身构件的所述第二负极部分中的相应一个第二负极部分的所述负极集电器串联地连接，使得所述正极集电器彼此串联地连接；并且
设置在串联连接的所述车身构件的第一端上的车身构件的所述正极集电器以及设置在串联连接的所述车身构件的第二端上的车身构件的所述负极集电器经由开关选择性地连接到车辆的交流发电机或电磁装置。
6.根据权利要求5所述的车身构件，其中，所述开关构造成选择性地连接到所述交流发电机或所述电磁装置，以执行以下中的一者：
在所述正极集电器和所述负极集电器电连接到所述车辆的所述交流发电机时，经由所述车身构件执行充电操作；以及
在所述正极集电器和所述负极集电器电连接到所述车辆的所述电磁装置时，经由连接到所述车辆的所述电磁装置的所述车身构件执行放电操作，以产生电力。
7.根据权利要求5所述的车身构件，其中，多个所述车身构件中的至少一个车身构件提供所述车辆的车顶面板，并且多个所述车身构件中的其它车身构件提供所述车辆的车顶横梁。
8.根据权利要求7所述的车身构件，其中，提供所述车顶面板的所述车身构件和提供所述车顶横梁的所述车身构件通过绝缘构件绝缘。
9.根据权利要求1所述的车身构件，其中，所述第一电池部分、所述第二电池部分、所述绝缘层和所述串联连接器由树脂模制。
10.根据权利要求1所述的车身构件，其中：
所述第一电池部分的所述第一负极部分包括一个或多个耦接螺栓；
所述第一电池部分的所述第一正极部分、所述第二电池部分的所述第二负极部分和所述第二正极部分、所述绝缘层和所述串联连接器具有一个或多个通孔，所述耦接螺栓延伸穿过所述通孔；并且
耦接螺母被紧固到装配到所述通孔中的所述耦接螺栓的端部。
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